DE4111093A1 - Einrichtung zum handhaben und bearbeiten von werkstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Handhaben und Bearbeiten von Werkstücken, mit einer Handhabungsvorrichtung, die einen Handhabungsarm auf­ weist, an dem ein Greifer anbringbar ist, der einen Spannrahmen und an diesen bewegbar geführte Spannbacken aufweist, mit denen das handzuhabende Werkstück gegrif­ fen werden kann.

Derartige Einrichtungen zum Handhaben und Bearbeiten von Werkstücken sind allgemein bekannt. Bei den bekann­ ten Einrichtungen zum Handhaben und Bearbeiten von Werkstücken, von denen bei der Formulierung des Oberbe­ griffs des Patentanspruchs 1 ausgegangen worden ist, ist eine Handhabungsvorrichtung, die insbesondere eine freipositionierbare Handhabungsvorrichtung, wie bei­ spielsweise ein Industrieroboter sein kann, vorgesehen, mit der das zu bearbeitende Werkstück gehandhabt, d. h. positioniert wird. Hierzu weist die Handhabungsvorrich­ tung einen Handhabungsarm (i. allgemeinen Sinn) auf, an dem ein Greifer für das handzuhabende Werkstück ange­ bracht ist. Von dem Greifer der Handhabungsvorrichtung wird das Werkstück an eine in der Regel stationär aus­ geführte Werkstückaufnahme übergeben, in der dann der eigentliche Bearbeitungsvorgang erfolgt.

Damit sind bei herkömmlichen Einrichtungen zum Handha­ ben und Bearbeiten von Werkstücken zwei Aufnahmevorgän­ ge für die Aufnahme der Werkstücke, nämlich ein Aufnah­ mevorgang durch den Greifer der Handhabungsvorrichtung und ein weiterer Aufnahmevorgang am Bearbeitungsort erforderlich.

Hierdurch ist nicht nur ein aufwendiger und damit teu­ rer Aufbau für die Einrichtung zum Handhaben und Bear­ beiten von Werkstücken erforderlich, sondern es wird auch durch das "Umspannen" der Werkstücke die Zahl der möglichen Fehlerquellen erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrich­ tung zum Handhaben und Bearbeiten von Werkstücken anzu­ geben, mit der Werkstücke der unterschiedlichsten Geo­ metrie einfach und schnell gehandhabt und bearbeitet werden können, ohne daß ein mehrmaliges Aufnehmen und Spannen der Werkstücke erforderlich wäre.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in Patentanspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfin­ dung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Überraschenderweise kann die erfindungsgemäß gestellte Aufgabe dadurch gelöst werden, daß von einer Einrich­ tung zum Handhaben von Werkstücken gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1, also von einer Einrichtung ausgegangen wird, wie sie für die reine Handhabung von Werkstücken bekannt ist. Diese Einrichtung wird erfin­ dungsgemäß dadurch weitergebildet, daß zumindest die Spannbacken zusammen mit dem gespannten Werkstück von dem Handhabungsarm lösbar und an einer Bearbeitungsvor­ richtung derart anbringbar sind, daß das Werkstück weiterhin gespannt bleibt und somit bearbeitet werden kann.

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung ist es möglich, ein Werkstück von dem Greifer unter gleichzeitiger "Mit-Übergabe" der Werkstück-gebundenen Greiferbestand­ teile an die Bearbeitungsvorrichtung und umgekehrt zu übergeben. Damit bleiben während der Handhabung und Bearbeitung die Spann- bzw. Greifstellen gleich, so daß man mit geringem Aufwand eine große Flexibilität er­ hält. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Einrich­ tung leicht durch Austausch der werkstückspezifischen Spannbacken an die unterschiedlichsten Werkstück-Geome­ trien angepaßt werden. Diese Anpaßbarkeit verringert den Datenaustausch zwischen Einrichtung und übergeord­ neter Steuereinheit und reduziert den Platzbedarf.

Weiterhin ist bei bestimmten Ausführungsformen keine lagegeregelte Achse für den Greifer erforderlich, da - insbesondere dann, wenn für die Spannbackenherstellung das CAD-Werkstück am Bild benutzt wird - ein sicheres Spannen durch die austauschbaren Spannbacken möglich wird.

Ferner wird die Zahl der werkstückspezifischen Spann­ elemente verringert, da für den Handhabungs-Greifer und die Bearbeitungsvorrichtung die gleichen Spannbacken verwendet werden, die vom Greifer an die Bearbeitungs­ vorrichtung und umgekehrt übergeben werden.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung ist der Taktzeit-Vorteil gegenüber herkömmlichen Vor­ richtungen, der sich durch das direkte Anfahren der Werkzeug-Wechselstation sowie aufgrund der Tatsache ergibt, daß kein von der Werkstückhandhabung getrenn­ ter Transport der Spannbacken erforderlich ist.

Letztlich ergibt sich eine bessere Toleranzhaltigkeit, da die Werkstück-Greiferposition mit der Werkstück- Bearbeitungsposition identisch ist.

Eine erfindungsgemäße Einrichtung kann auf die ver­ schiedensten Weisen realisiert werden:
Beispielsweise kann gemäß Anspruch 2 der Greifer so ausgebildet sein, daß lediglich die Spannbacken vom Greifer lösbar sind. Gemäß Anspruch 6 ist es alternativ möglich, die Spannbacken gemeinsam mit dem Spannrahmen vom Greifer zu lösen. Die letztere Ausführungsform hat gegenüber der im Anspruch 2 angegebenen Ausführungsform den Vorteil, daß keine Maßnahmen erforderlich sind, um die Spannkraft nach dem Lösen der Spannbacken vom Grei­ fer aufrechtzuerhalten.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exempla­ risch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten er­ findungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungs­ beispiels einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Handhaben und Bearbeiten von Werkstücken, und

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungs­ beispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Handhaben und Bear­ beiten eines (nicht dargestellten) Werkstücks, bei dem lediglich die Spannbacken vom Greifer an die Bearbei­ tungsvorrichtung übergeben werden.

Die Einrichtung weist einen Greifer mit einem Greifer- Grundteil (1) auf, mit dem der Greifer an einer nicht dargestellten Handhabungsvorrichtung, beispielsweise an dem Arm eines Industrieroboters angebracht und von der Steuereinheit des Industrieroboters gesteuert werden kann. Der Greifer weist ferner einen Spannrahmen (9) mit einer Verfahreinheit (2) auf, die Spannbackenauf­ nahmen (3) geregelt oder ungeregelt verfährt. An den Spannbackenaufnahmen (3) sind die eigentlichen Spann­ backen (4) anbringbar. Hierzu weisen die Spannbacken­ aufnahmen (3) eine Ausnehmung auf, in die eine in den Spannbacken (4) vorgesehene federbelastete Kugel (41) eingreift. Die Spannbacken (4) sind in Fig. 1 nicht an den Spannbackenaufnahmen (3), sondern an Aufnahmen (6) einer Bearbeitungsvorrichtung angebracht. Die als Zap­ fen ausgebildeten Aufnahmen (6) der Bearbeitungsvor­ richtung sind an einer stationären oder instationären Grundplatte (7) der Bearbeitungsvorrichtung befestigt. Zur Aufrechterhaltung der Greifkraft in dem Zustand, in dem die Spannbacken (4) an der Bearbeitungsvorrichtung befestigt sind, ist wenigstens ein Spannbacke (4) zwei­ teilig ausgebildet, wobei der dem zu greifenden Werk­ stück zugewandte Teil in Richtung auf das Werkstück durch ein Federelement (5) vorgespannt ist.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist lediglich ein Spannbacke, nämlich der in der Figur rechte Spann­ backe ein derartiges Federelement auf. Ferner ist in der Figur ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungs­ gedankens ein Greifer mit Außenangriff dargestellt. Selbstverständlich sind bei einem Greifer mit Innenan­ griff der stationäre und der vorgespannte Teil der Spannbacke zu vertauschen.

Im folgenden soll die Funktionsweise der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung beschrieben werden:
Die Handhabungsvorrichtung, also beispielsweise ein Industrieroboter, fährt zu einer Bereitstellungspa­ lette, die z. B. aus einer Positionierzone in eine Bear­ beitungszone überführt worden ist. In der Bereitstel­ lungspalette liegen jeweils die Spannbacken (4) mit dem (nicht gezeigten) Werkstück zusammen. Mittels der Spannbackenaufnahmen (3) werden die Spannbacken (4) aufgenommen. Nach der Aufnahme und Verriegelung der Spannbacken (4) mittels der federbelasteten Kugel (41) werden die Spannbacken zugefahren, bis das dazwischen angeordnete Werkstück sicher kraft- und/oder form­ schlüssig gespannt ist.

Natürlich ist es aber auch möglich, daß in der Bereit­ stellungspalette nur die Werkstücke bereitgestellt werden. In diesem Falle muß der Industrieroboter zu­ nächst die entsprechenden Spannbacken einwechseln, bevor er zur Werkstück-Bereitstellungspalette verfährt und dort das Werkstück aufnimmt.

Mit dem gespannten Werkstück fährt daraufhin die Hand­ habungsvorrichtung, also in diesem Beispiel der Indu­ strieroboter, zu der Bearbeitungsvorrichtung und über­ gibt dort das Werkstück zusammen mit den Spannbacken. Die Spannkraft wird nach der Übergabe an die Bearbei­ tungsvorrichtung durch das Federelement (5) in der rechten Spannbacke aufrechterhalten.

Da die Spannbacken (4) bei dem gezeigten Ausführungs­ beispiel durch Zapfen (6) an der stationären oder in­ stationären Grundplatte (7) gehalten werden, sind bei diesem Ausführungsbeispiel zur Bearbeitung unterschied­ licher Werkstückgrößen Vorrichtungsaufnahmen bzw. Zap­ fen (6) mit unterschiedlichem Abstand erforderlich.

Nach der Übergabe der Spannbacken mit dem darin ge­ spannten Werkstück an die Bearbeitungsvorrichtung kann die eigentliche Bearbeitung, d. h. die Fertigung und/oder Montage des Werkstücks beginnen. Diese kann selbstverständlich durch die Handhabungsvorrichtung ausgeführt werden, nachdem diese den Greifer in einer Werkzeug-Wechselstation abgelegt und ein entsprechendes Bearbeitungswerkzeug eingewechselt hat. Darüber hinaus ist es selbstverständlich auch möglich, die Bearbei­ tungsvorrichtung durch ein Transportsystem zu einer stationären Fertigungsstation zu transportieren.

Nach erfolgtem Fertigungsvorgang wechselt der Indu­ strieroboter, falls erforderlich, das Werkzeug gegen die Verfahreinheit aus, fährt zur Vorrichtung, entnimmt dort gemeinsam Spannbacken und Werkstück und legt je nach Einsatzfall nur das Werkstück oder anschließend auch die Spannbacken ab. Selbstverständlich kann er in dem Falle, daß die Spannbacken an dem Handhabungsarm des Industrieroboters verbleiben, mit dem Greifer ein weiteres gleichartiges Werkstück handhaben.

Bei Integration z. B. eines Hubzylinders an der Vorrich­ tungsaufnahme (zum Verfahren der Aufnahmen in zur Grundplatte senkrechter Position) kann eine Verstellung für unterschiedliche Werkstückgrößen und eine aktive Spannkraftaufbringung erfolgen.

In einem anderen Ausführungsprinzip kann die Grundplatte eine Magnetspannplatte sein, so daß keine Vorrichtung­ saufnahmen erforderlich sind.

Des weiteren können die Aufnahmen an der Spannbacke nicht nur senkrecht zur Grundplatte stehen, sondern parallel zu dieser angeordnet sein. Der Industrierobo­ ter fährt dann ebenfalls mit den Spannbacken und dem dazwischenliegenden Werkstück zur Grundplatte. Auf dieser Grundplatte kann beispielsweise auf der einen Spannbackenseite ein fester Anschlag und auf der ande­ ren Spannbackenseite eine auf der Grundplatte linear und horizontal verfahrbare Spannbackenaufnahme befe­ stigt sein. Diese Spannbackenaufnahme fährt in die parallelen Aufnahmen der Spannbacke und drückt diese, sowie das Werkstück und die andere Spannbacke gegen den festen Anschlag.

Um weitere Taktzeiteinsparungen zu erzielen, können zwei Verfahreinheiten mit jeweils zwei Greiferaufnahmen an einem Greiferunterteil angebracht sein. Über eine Schwenkeinheit, wie sie auch bei herkömmlichen Schwenk­ greifern eingesetzt wird, können dann beispielsweise zwei Werkstücke gehandhabt werden. So kann das fertig bearbeitete Werkstück entnommen und nach der Drehung der Schwenkeinheit das unbearbeitete Werkstück mit den Spannbacken in die Vorrichtung eingelegt werden.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung, bei dem nicht nur die Spannbacken, sondern auch der Spannrahmen vom Greifer an die Bearbeitungsvorrichtung übergeben werden. Der Greifer besteht wiederum aus einem Greifer-Grundteil (1), der an einer Handhabungsvorrichtung, also bei­ spielsweise einem Industrieroboter angebracht wird, und über den der Greifer gesteuert wird. An dem Greifer- Grundteil (1) ist ein Spannrahmen (9) mit integrierter Verfahreinheit (2) für die in der Fig. 2 rechte Spann­ backenaufnahme (3) vorgesehen. Die in der Fig. 2 linke Spannbackenaufnahme (3) ist ohne Beschränkung der All­ gemeinheit stationär angeordnet. An den Spannbackenauf­ nahmen (3) sind wiederum Spannbacken (4) für ein nicht gezeigtes Werkstück durch federbelastete Kugeln (41), die in Nuten in den Spannbackenaufnahmen (3) eingrei­ fen, befestigt.

In der in Fig. 2 dargestellten Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Einrichtung ist ferner eine stationäre oder instationäre Grundplatte (15) der Bearbeitungsvor­ richtung zu sehen. An der Grundplatte (15) sind als Zapfen ausgebildete Aufnahmen (14) für den Greifer- Grundteil (1) vorgesehen, der hierzu entsprechende Aufnahmelöcher (11) aufweist.

Im folgenden soll die Funktionsweise der in Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Einrichtung beschrieben werden.

Die Handhabungsvorrichtung, also beispielsweise ein Industrieroboter fährt zu einer Bereitstellungspalette, die wiederum beispielsweise aus einer Kommissionierzone kommen kann, und auf der Spannrahmen mit Spannbacken und jeweils einem Werkstück zusammenliegen können.

Selbstverständlich können aber auch Spannbacken und Werkstück oder nur das Werkstück bereitgestellt werden. Im letzteren Falle ist es erforderlich, daß sich der Industrieroboter zuvor den entsprechenden Spannrahmen und die jeweiligen Spannbacken einwechselt und nach der Einwechslung zur Bereitstellungspalette verfährt.

In jedem Falle wird zunächst durch Zufahren (im Falle eines Greifers mit Außenangriff) der Spannbacken das dazwischen liegende Werkstück sicher gespannt. Mit dem Werkstück verfährt der Industrieroboter zu den Vorrich­ tungsaufnahmen (14) der Grundplatte (15) der Bearbei­ tungsvorrichtung und übergibt dort den Spannrahmen (9) mit den Spannbacken (3) und dem von diesen gespannten (in Fig. 2 nicht gezeigten) Werkstück.

Da der Industrieroboter jetzt nur noch sein Greifer­ oberteil besitzt, kann er ohne Anfahren einer Ablage­ station ein Bearbeitungs-Werkzeug einwechseln und mit der Fertigung oder Montage beginnen.

Nach Beendigung des Bearbeitungsvorganges werden die vorstehend beschriebenen Schritte in umgekehrter Rei­ henfolge wiederholt.

Die Erfindung ist vorstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen ohne Beschränkung der allgemeinen Erfindungsge­ danken, wie sie den Ansprüchen entnehmbar sind, be­ schrieben worden.

Claims (12)

1. Einrichtung zum Handhaben und Bearbeiten von Werk­ stücken, mit einer Handhabungsvorrichtung, die einen Handhabungsarm aufweist, an dem ein Greifer anbringbar ist, der einen Spannrahmen und an diesem bewegbar ge­ führte Spannbacken aufweist, mit denen das handzuhaben­ de Werkstück gegriffen werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Spannbacken zusammen mit dem gespannten Werkstück von dem Hand­ habungsarm lösbar und einer Bearbeitungsvorrichtung derart anbringbar sind, daß das Werkstück weiterhin gespannt bleibt und somit bearbeitet werden kann.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannrahmen des Grei­ fers Spannbackenaufnahmen (3) aufweist, mit denen die Spannbacken (4) lösbar verbindbar sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbackenaufnahmen (3) Zapfen sind, die in die Spannbacken (4) eingreifen, und in diesen durch eine federbelastete Kugel (41) verriegelbar sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein vom Greifer lösbarer Spannbacken (4) aus zwei Teilen besteht, von denen das dem zu greifende Werkstück zugewandte Teil zur Aufrechterhaltung der Greifkraft in Richtung auf das Werkstück durch ein Federelement (5) vorgespannt ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Handhabungsarm wenig­ stens zwei Greifer vorgesehen sind, die alternativ in die Arbeitsstellung überführbar sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbacken (4) ge­ meinsam mit dem Spannrahmen (9) vom Greifer lösbar sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannrahmen (9) mit der Bearbeitungsvorrichtung (15) verbindbar ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Greifer lösbaren Teile zusammen mit dem Werkstück bereitgestellt werden.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsvorrichtung Befestigungselemente (6; 11) für die vom Greifer lösba­ ren Teile aufweist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsvorrichtung eine Magnetspannplatte aufweist, die die vom Greifer lösbaren Teile spannt.

11. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsvorrichtung einen Spannrahmen aufweist, an den die Spannbacken vom Greifer-eigenen Spannrahmen übergebbar sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannrahmen der Bear­ beitungsvorrichtung einen ortsfesten Anschlag aufweist.